Диапазонный измеритель временных интервалов последовательного счета Советский патент 1987 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерению временных интервалов, и может быть использовано в импульсной и информационно-вычислительной технике, цифровых измерительных приборах и следящих системах, в аппаратуре анализа параметров сигналов, в экcпepи feнтaльнoй физике, промьия- ленной электронике для измерения вре менных интервалов в широком диапазоне с повышенной точностью.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет возможности циклических измерений.

На фиг.1 представлена функциональная схема измерителя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие ра- боту измерителя временных интервалов.

Измеритель содержит входную шину 1, формирователь 2 управляющих импульсов, линию 3 задержки с п-отвода ми, п-элементов 4,1-4.п совпадения п-триггеров 5.1-5.П памяти, селектор 6 шкалы грубого отсчета, который может быть выполнен на двухвходовом элементе совпадения, счетчик 7 грубо го отсчета, селектор 8 шкалы точного отсчета, который может быть реализован на инверторе, дешифратор 9 кода, ячейки которого от первой до п-й включительно могут быть выполнены на двухвходовом элементе совпадения, формирователь 10 импульса записи, вьшолненный на многовходовом элементе ИЛИ, элемент ИЛИ 1.

На фиг,2 обозначено: 12 - измеряемые (модулирующие) временные интер

валы длительностью f, и

-изм,ь

t

,,,/

Ч

с периодом измерения где to - цена деления шкалы грубого отсчета (в частности, принятая за единицу масштаба эпюры); 13 - погра-- ничньм участок от N-ro до (№-1)-го деления шкалы грубого отсчета, в частности, совпадающий одновременно с импульсами t«aw. и tu,, в мас45

50

Вход формирователя 2 управляю- . щих импульсов подключен к входной шине 1, отводы пинии 3 задержки с отводами подключены к первым входам соответствуюрднх элементов 4.1-4,п совпадения 3 в)ходы которых подключе ны к S-входам соответствующих триггеров 5.1-5.п памяти, прямой выход п-го триггера памяти подключен . первому входу селев:тора 6 шкалы гру бого отсчета, выход которого подклю чен к счетному входу счетчика 7 гру бого отсчета, входная шина 1 подклю чена к входу селектора 8 щкалы точного отсчета и объединенным R-входам п-триггеров .5,. -5 .п памяти, прямые выходы которых с по 5.(п-1) под ключены к первым входам соответству ющих ячеек дешифратора 9 кода, прямой выход триггера 5,(п-1) подключен также к первому входу п-й ячей-из«, штабе цены деления единицы точного

отсчета 14 - шкала точного отсчета с ценой деления tg/n, где п - число отводов линии задержки; 15 - график функции распределения абсолют- с ки дешифратора 9 коца,, инверсные ной погрешности At- от дискретизахщи выходы триггеров 5.2-5,п подключены однократного изг 1ерения- участка ut к вторым входам ячеек дешифратора с по классическому методу последова- : первой по (п-1), а инверсный выход тельного счет а в известных измери- триппера 5.п памяти соединен, кро-

5 о

5

5

0

талях, например, с округлением дробных показаний отсчета к действительному целому числу по недостатку, инвертированный для наглядности; 6 - кривая нормального распределения для смежных интервалов квантования, в центре которых располагается точка математического ожидания; 17 - смещенная шкала точного отсчета измерителя, совпадающая с точками математического ожидания непрерывной случайной величиньг на заданном участке; I8 - график функции распределения абсолютной погрешности ut ,от дискретизации однократного измерения участка для случая использования правила правильного округления погрешности измерения дробной части действительного децимального числа в измерителе, инвертированный для наглядности; 19 - импульс на выходе селектора 8 шкалы точного отсчета; 20 - импульсы на выходах соответствующих элементов 4.1-4.П совпадения; 2 - импульсы обратного единичного параллельного кода триггеров 5 памяти на момент окончания измерения; 22 - импульсный сигнал Запись на выходе формирователя 10| 23 - результат измерения, зафиксированный счетчиком 7 грубого отсчета; 24- сигнал на выходе дешифратора 9 кода,

Вход формирователя 2 управляю- . щих импульсов подключен к входной шине 1, отводы пинии 3 задержки с отводами подключены к первым входам соответствуюрднх элементов 4.1-4,п совпадения 3 в)ходы которых подключены к S-входам соответствующих триггеров 5.1-5.п памяти, прямой выход п-го триггера памяти подключен . первому входу селев:тора 6 шкалы грубого отсчета, выход которого подключен к счетному входу счетчика 7 грубого отсчета, входная шина 1 подключена к входу селектора 8 щкалы точного отсчета и объединенным R-входам п-триггеров .5,. -5 .п памяти, прямые выходы которых с по 5.(п-1) подключены к первым входам соответству-. ющих ячеек дешифратора 9 кода, прямой выход триггера 5,(п-1) подключен также к первому входу п-й ячейс ки дешифратора 9 коца,, инверсные выходы триггеров 5.2-5,п подключены к вторым входам ячеек дешифратора с первой по (п-1), а инверсный выход триппера 5.п памяти соединен, кро-

ме того, с вторым входом п-й ячейки дешифратора 9 кода, выходы которого являются выходными шинами точного отсчета и подключены к входам фopмиpoвaтeл 10 импульса записи, выход которого подключен к выходной шине записи, выход селектора 6 шкалы грубого отсчета подключен к первому входу элемента ИЛИ 11, второй вход которого подключен к выходу формиро- вателя 2 управляющих импульсов и установочному входу счетчика 7 грубого отсчета, а выход - к входу линии 3 задержки, выход которой подключен к второму входу селектора 6 грубого отсчета, а выход селектора 8 шкалы точного отсчета соединен с вторьми объединенными входами элементов 4.1- 4.П совпадения.

Измеритель работает следующим об- разом.

Передний фронт измеряемого входного импульса поступает через формирователь 2 на вход линии 3 задержки с отводами, при движении в которой он Последовательно образует на выходах деления шкалы точного отсчета Общее Е1ремя задержки t линии 3 на последнем отводе соответствует единице грубого счета.

Через время t передний фронт измеряемого импуль са поступает на селектор 6 шкалы грубого.отсчета, открытый по второму входу высоким потенциалом с прямого выхода п-го триг гера, если при этом измеряемая длительность больше длительности t, т.е результате с выхода селектора 6 импульс поступит на счетный вход счетчика 7 грубого отсче- та и через элемент ИЛИ 11 на вход линии 3 задержки, в которой он повторит путь предшествующего ему, но уже закончившегося по дпительности входного импульса.

Наличие единичного потенциала импульса измеряемой длительности на втором входе селектора 6 поддерживает циркуляцию единицы грубого отече- та в линии 3 задержки, образуя при этом непрерывно шкалы точного и грубого отсчета на соответствующих выходах триггеров, которые синхронизиро

ваны передним фронтом входного импуль- Эти импульсы перебрасывают соотса измеряемой длительности на выходе формирователя 2 управляющих импульсов. Подвижные импульсы с отводов j линии 3 задержки через соответствующие элементы 4.1-4.П совпадения на S-входы триггеров 5.1-5.П не прохо- дят, поэтому не учитываются при измерений временных интервалов, соизмеримых или превышающих длительность единицы грубого отсчета, так как все объединенные входы элементов 4.1- 4.П совпадения находятся под нулевым (низким) потенциалом селектора 8 шкалы точного отсчета, выполненного на инверторе.

Селектор 8 при этом играет функцию временных ворот для импульсов точного отсчета в коротком интервгше времени.

Дпительность измеряемого временного интервала определяют по выражению

(- N. -иэм

+ it

г )

1 регде N - число счетных импульсов, гистрируемых счетчиком 7;

t - цена деления шкалы грубого отсчета;

ut - абсолютная погрешность грубого измерения или дробная часть результата измерения, которая измеряется с помощью шкалы точного отсчета.

Единичным уровнем измеряемого импульса все триггеры переведены в единичное состояние, соответствующее предварительной параллельной записи избыточного массива информации в триггеры 5.1-5.п. При этом достоверной считается информация в отрицательном (обратном) коде, в частности, с инверсных выходов триггеров 5.1- 5.П памяти. На всех входах дешифратора 9 кода низкий (нулевой) уровень, поэтому цифра точного отсчета не формируется, уровень сигнала записи на выходе формирователя 10 будет нулевым (низким), т.е. сигнал записи формироваться не будет.

После окончания входного импульса измеряемой длительности единичным (высоким) потенциалом с выхода селектора 8 шкалы точного отсчета открываются элементы совпадения, на вторые входы которых последовательно подается последний импульс шкалы грубого отсчета, соответствующие элементы совпадения пропускают импульсы шкалы точного отсчета на R-входы одноименных триггеров 5.

ветствующие триггеры в нулевое состояние, т.е. сотрут предварительно записанную в них избыточную ин-г формацию.

Для подвижного импульса с пос- леднего отвода линии 3 задержки прохождение на счетчик 7 грубого отсчета запрещается нулевым потенциалом на прямом выходе п-го триггера 5.п.

С этого момента начинается режим измерения интервалов мал ой длительности или дробной части результата измерения At точного отсчета. При этом счетчик / останавливается и ег последний импульс образует крайнее деление шкалы грубого отсчета. Если момент окончания измеряемого импульса совпадает с моментом времени, .. когда последний импульс счетчика 7 грубого отсчета (или окончание импульса в случае, если t ходится в га-й секции, то его дальнейшее движение обусловит появление и фиксацию импульсов на отводах с т-го по п-й линии 3 задержки,

В целях уменьшения размерности абсолютной погрешности от дискретизации однократного измерения - вдво до iO,5 единицы отсчета используют в предлагаемом измерителе правило, округления дробной части At в интервале неопределенности , используя полупериоды округления одновременно внутри всех последовательных отсчетных интервалов. Графи функции распределения абсолютной погрешности от дискретизации однократного измерения для такого округления представлен на эпюре фиг.2,8. Перенос индекса О или приближение последовательных отсчетных индексов шкалы к началу измерения позволяет схемотехнически реализовать математическое правило правильного округления дробной части десятичного числа, т.е. позволяет использовать округление погрешности однократного измерения, используя при этом равенство прямого счета , ;

ut mxt./n

(2)

Для этого в измерителе задержка сигнала с первого отвода линии 3 задержки составляет tp/2n, сигналы с остальных отводов сдвинуты на

tp/n, что позволяет оптимально использовать математическое правило применительно к округлению систематичес- гг кой погрешности измерителя.

Например, -если окончание измеряемого импульса приходится на отрезок между т-м и (т+1)-м отводами, то при

50

укорочении первого отсчетного интервала на t(,/2.n, что равносильно приближению к началу измерения всех выходов смещенной шкалы, искусственно автоматически будет выполнен перенос окончания измеряемого временного интервала в (пН-1)-ю секцию (фиг.2, 7).

Это обусловливает появление подвижных импульсов смещенной шкалы

точного отсчета на выходах с (т+1)-го по п-й включительно. В триггерах при этом будет зафиксировано наличие импульса на отводах от первого до т-го, а в следующих будет происхо- 5 дить смена информации, что замедляет длительность реального цикла измерения до смежного (N+l)-ro импульса грубого отсчета. При этом с (N+l)-ro импульса в измерителе будет зафиксировано значение измеренного последовательно грубой и точной шкалой реальное значение входного временного интервала согласно равенства

0

Чш N-t,, (3)

с конечной абсолютной погрешностью от дискретности не более ±0,5 единицы точного отсчета.

При дешифрации, индикации и считывании результата измерения, записанного в.триггерах 5.1-5.П в параллельном единичном коде, потребуется Katf кое-то конечное время в интервале (N+2)-ro импульса грубого отсчета,

поэтому в режиме циклических измерений следующий за первым измеряемым . импульсом импульс tj, будет пропущен . .

Для повышения скорости измерения,.

т.е. для получения результата измерения, не дожидаясь окончания движения импульса точного отсчета до конца линии 3 задержки, в измерителе производят дешифрацию состояния триггеров 5.1-5.П с помощью дешифратора 9. Использование дешифратора 9 позволяет произвести мгновенных переход от параллельного кода к последовательному, однозначно и ускоренно определяя при этом отдельную децимальную цифру последовательного точного отсчета в составе дробной части btj, не дожидаясь окончания движения в линии 3.

Ячейки дешифратора 9 выполнены на двухвходовом элементе совпадения 4 При этом входы ячеек от первой до (п-1)-й подключены к прямому выходу соответствующего триггера 5.1-: 5«(п-1) и соответственно к инверсному выходу смежного триггера с последующим номером, а для п-й ячейки входы соединены с инверсным выходом п-го триггера и прямым выходом (п-1)го триггера, объединенные S-входы триггеров 5.1-5.п подключены к входной шине измерителя. Выходы дешифратора 9 подключены к соответствующим входам формирователя 10 импульсного сигнала Запись, который может быть использован для автоматической обработки информации с выходов триггеров памяти внутренними цепями сопрягаемой ЭВМ или для переписи ее в цифровую следящую систему.

Формула изобретения

1. Диапазонный измеритель временных интервалов последовательного счета, содержащий формирователь управляющих импульсов, вход которого подключен к входной шине измерителя, линию задержки с п-отводами и полным временем задержки t, а задержка между сигналами с соседних отводов составляет tg/n, отводы линии задержки подключены к первым входам соответствующих п-элементов совпадения, выходы которых подключены к S-входам соответствующих триггеров памяти, прямой выход п-го триггера памяти подключен к селектору шкалы грубого отсчета, выход которого подключен к счетному входу счетчика грубого отсчета, выход которого является выходной шиной грубого отсчёта измерителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены элемент ИЛИ, дешифратор кода.

селектор шкалы точного отсчета и формирователь импульса записи, причем входная шина измерителя подключена к входу селектора шкалы точного отсче- та и к объединенным R-входам триггеров памяти, прямые выходы триггеров памяти с первого по (п-1)-й подключе-; ны к первым входам соответствующих ячеек дешифраторов кода, а прямой

выход (п-1)-го триггера памяти- подключен также к первому входу п-й ячейки дешифратора кода, инверсные выходы триггеров памяти, начиная с второго по п-й, подключены к вторым

входам ячеек.дешифратора кода с номерами на единицу меньше, чем у триггеров памяти, а инверсный выход п-го триггера памяти соединен, кроме того, с вторым входом п-й ячейки

дешифратора кода, выходы которого являются выходными шинами точного отсчета и подключены к входам формирователя импульсов записи, выход которого подключен к выходной шине записи, выход селектора шкалы грубого отсчета подключен к первому входу .элемента ИЛИ, второй вход :которого подключен к выходу формирователя управляющих импульсов и установочному

входу счетчика грубого отсчета, а выход - к входу линии задержки, выход которой подключен к второму входу селектора шкалы грубого отсчета, а выход селектора шкалы точного отсчета

соединен с вторыми объединенными вхо-. дами всех элементов совпадения.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся ,тем, что формиро- ватель импульса записи содержит мно- говходовый элемент ИЛИ, .входы которого соединены с входами формирователя, а выход - с выходом формирователя импульса записи.

Фи$. Z

Составитель Л.Плетнева Редактор Н.Киштулинец Техред И.Попович Корректор А.Обручар

j,,|ц-, -,-,1-1 - 1,l,,UJ LL -IrTn.nWT. I- -.-. - --.- . - - - . . - - - -

Заказ ,1630/48 Тираж 371 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий .И3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в импульсной и информационно-вычислительной технике, промьшшенной электронике для измерения временных интервалов в широком диапазоне с повышенной точностью. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет возможности циклических измерений. Устройство содержит - формирователь 2 управляющих импульсов, линию 3 задержки с п-отводами, п-триггеров 5.1-5.П памяти, п-гэле- ментов 4.1-4.П совпадения, селектор 6 шкалы грубого отсчета. Дпя достижения поставленной цели в устройство введены элемент ИЛИ 11, дешифратор 9 кода, селектор 8 шкалы точного отсчета, формирователь 10 импульсов записи, образованы новые связи. Формирователь 10 импульсов записи содержит многовходовый элемент ИЛИ. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. (Л